[論文レビュー] Comparative Study of $B_{c} o D_{s}^{*}\ell^{+}\ell^{-}$ Decays in Standard Model and Supersymmetric Models

Aqeel Ahmed, Ishtiaq Ahmed+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 51被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、標準模型（SM）と超対称模型（MSSMおよびSUSY SO(10) GUT）における、$B_c \to D_s^{*}\ell^+\ell^-$の希少な崩壊を、QCD和則を用いた形因子計算によって比較した。新しいウィルスン係数のおかげで、特に前向き・後向き非対称性および偏光非対称性において顕著なSUSY効果が見られ、これにより標準模型を超えるSUSYパラメータ空間に対する強い制約が得られた。

ABSTRACT

A comparative study of the exclusive rare $B_{c} ightarrow D_{s}^{\ast}\ell^{+}\ell^{-}$ ($\ell=\mu, au$) decays has been made in the minimal supersymmetric models (MSSM) and the SUSY SO(10) GUT models. In this context, various physical observables such as branching ratios $(\mathcal{BR})$, forward-backward asymmetries $(\mathcal{A}_{FB})$, lepton polarization asymmetries $(P_{L,N,T})$ and helicity fractions ($f_{L,T}$) of $D_{s}^{\ast}$ meson by using the the QCD sum rules form factors have been investigated. It is found that the SUSY effects are characteristically prominent to that of the SM values for these observables. For instance, in SUSY I and SUSY II, the forward-backward asymmetry does not cross zero which is mainly due to the same sign of the $C_{7}^{eff}$ and $C_{9}^{eff}$ Wilson coefficients. Similarly in SUSY SO(10) GUT models due to the complex nature of the new Wilson coefficients -- corresponding to the new operators arising due to the contribution of neutral Higgs bosons (NHBs) -- the above mentioned observables are sizably affected. Therefore the analysis of said observables in charmed semileptonic $B$ meson decays can put some stringent constraints on the parameter space of SUSY variants and can serve as a windowpane to look beyond the SM.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える超対称性の影響が、$B_c \to D_s^{*}\ell^+\ell^-$の排他的な希少崩壊に与える影響を調査すること。
• 特に中性ヒッグスボソンの寄与によって、分岐比や非対称性といった主要な観測量がどのように変化するかを分析すること。
• 最小超対称模型（MSSM）とSUSY SO(10) GUTモデルの予測を、標準模型のそれと比較すること。
• 有効ウィルスン係数を通じて、前向き・後向き非対称性やレプトン偏光の感度が新しい物理にどのように依存するかを評価すること。
• これらの崩壊が、超対称模型のパラメータ空間を制約するプローブとして機能しうるかどうかを検証すること。

提案手法

• 崩壊断面積を計算するために不可欠な、$B_c \to D_s^*$遷移の形因子をQCD和則を用いて計算した。
• 分岐比、前向き・後向き非対称性（$\mathcal{A}_{FB}$）、レプトン偏光非対称性（$P_L, P_N, P_T$）、$D_s^*$のスピンフラクショングラフ（$f_L, f_T$）といった物理的観測量を計算した。
• 特に中性ヒッグスボソンの交換から生じるSUSY寄与を含めた有効ハミルトニアンを導出し、新しいウィルスン係数（$C_7^{\text{eff}}, C_9^{\text{eff}}$）を導いた。
• SUSY SO(10) GUTモデルにおける新しいウィルスン係数の複雑な構造が、SMと比較して崩壊観測量に顕著な変化をもたらすことを分析した。
• 標準模型、MSSM（SUSY IおよびII）、SUSY SO(10) GUTモデルの結果を比較し、SUSYの特徴を特定した。
• 最終状態のレプトンのフレーバー（$\ell = \mu, \tau$）依存性を用いて、SUSY寄与の状態依存性の違いを調査した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超対称模型（MSSMおよびSUSY SO(10) GUT）は、標準模型と比較して、$B_c \to D_s^{*}\ell^+\ell^-$の分岐比にどのように影響を及けるか？
• RQ2 特に中性ヒッグスボソンからの新しい物理寄与が、$B_c \to D_s^{*}\ell^+\ell^-$崩壊における前向き・後向き非対称性に与える影響は何か？
• RQ3 SUSYモデルと標準模型との間で、$D_s^*$メソンのレプトン偏光非対称性およびスピンフラクションはどのように異なるか？
• RQ4 特定のSUSYシナリオにおいて、前向き・後向き非対称性がゼロを跨がないのはなぜか？これは有効ウィルスン係数の符号に何を示唆するか？
• RQ5 標準模型の予測から逸脱する観測量の変動が、超対称模型のパラメータ空間を制約できるか？

主な発見

• SUSY効果により、$B_c \to D_s^{*}\ell^+\ell^-$崩壊における前向き・後向き非対称性が顕著に変化し、SUSY IおよびSUSY IIでは、$C_7^{\text{eff}}$および$C_9^{\text{eff}}$の同符号性のため、非対称性がゼロを跨がない。
• SUSY SO(10) GUTモデルでは、中性ヒッグスボソン寄与に起因する新しいウィルスン係数の複素構造が、すべての研究対象観測量に顕著な変更をもたらす。
• SUSYシナリオにおいて、$D_s^*$のレプトン偏光非対称性（$P_L, P_N, P_T$）およびスピンフラクション（$f_L, f_T$）は、標準模型の予測と顕著に異なる。
• SUSYモデルにおける分岐比は、標準模型と比較して変化しており、その変化の程度は具体的なSUSYモデルおよび最終状態のレプトンフレーバーに依存する。
• SUSYモデルでは、前向き・後向き非対称性がゼロではなく、符号が安定したまま維持されるのに対し、標準模型とは対照的である。これは明確な新しい物理の兆候である。
• これらの観測量は、MSSMおよびSUSY SO(10) GUTモデルの両方のパラメータ空間に対して、モデル依存の強い制約を提供する。